Тепловой расчет тепловых сетей

Тепловой расчет тепловых сетей

Существует широкое разнообразие теплоизоляционных материалов, доступных для использования в инженерных системах. Их перечень непрерывно меняется, так как существующие изделия видоизменяются, новые продукты развиваются, а другие постепенно ликвидируются. При выборе материала теплоизоляционной конструкции большое значение имеет указание о назначении тепловой изоляции, главным образом, оно и определяет толщину теплоизоляционного слоя.

Теплоизоляционные конструкции трубопроводов тепловых сетей нужны не только для того, чтобы снизить теплопотери. С помощью тепловой изоляции можно сократить температуру на поверхности трубопроводов, таким образом, обеспечивая безопасную эксплуатацию инженерной системы. Для выполнения этих условий необходимо произвести тепловой расчет. Такой расчет позволяет вычислить тепловые потери трубопроводов при заданном типе прокладки тепловых сетей с определенной конструкцией тепловой изоляции, и далее по заданным значениям данных тепловых потерь можно определить толщину теплоизоляционных слоев конструкции, а также производятся расчет падения температуры теплоносителя при движении его по теплопроводу и расчет температурного поля вокруг трубопровода.

Цель: рассмотреть тепловой расчет систем теплоснабжения при различных способах прокладки теплопроводов.

Задачи : определить от каких параметров зависит тепловой расчет и рассмотреть термические сопротивления в зависимости от прокладки тепловых сетей.

Описание исходных данных для теплового расчета трубопроводов тепловых сетей

Исходными данными в тепловом расчете являются: температура теплоносителя на входе в рассматриваемый объект, теплопроводность изоляционных материалов и температура окружающей среды, воспринимающей теплопотери от конструкции теплосетей. Температура окружающей среды зависит от типа прокладки инженерных коммуникаций. В общем, прокладку тепловых сетей можно разделить на 2 вида – воздушная и подземная. При воздушной прокладке сетей окружающей средой является воздух, а при подземной массив грунта, в котором проложена сеть.

Конструкции изолированных трубопроводов тепловых сетей состоят из нескольких слоев по толщине, выполненных из различных материалов (см. рис. 1,2).[2]

Рис.1. Трубопровод тепловой сети с подвесной теплоизоляционной конструкцией (используется для воздушной прокладки) .

1 – труба ; 2 – антикоррозийное покрытие; 3 – мат из минеральной ваты; 4 – стальная сетка; 5 – асбестоцементная штукатурка

Рис.2. Трубопровод тепловой сети с конструкцией из пенополиуретановой теплоизоляции (используется для подземной прокладки).

1 – труба ; 2 – пенополиуретан; 3 – полиэтиленовая оболочка; 4 – провод системы оперативного дистанционного контроля влажности теплоизоляции (ОДК)

Слоем, прилегающим непосредственно к теплоносителю, является стенка стальной трубы. На наружную поверхность трубы должно наноситься антикоррозионное покрытие, а поверх него — основной изоляционный слой. Поверх основного слоя укладывается покровный слой из металлических листов или пластиков. При этом каждый слой изоляционной конструкции выполняется одной толщины по окружности изолируемой трубы. [1]

Главной задачей теплового расчета теплопроводов всех видов прокладок является выбор теплоизоляционной конструкции, обеспечивающей рациональный минимум тепловых потерь и допустимое падение температуры теплоносителя. В большинстве случаев такие расчеты производят для определения температурного поля вокруг теплопроводов.

При выполнении тепловых расчетов трубопроводов тепловых сетей тепловые потоки определяют через изоляционные слои и поверхности цилиндрической формы, а удельные тепловые потери и термические сопротивления относят к единице длины трубопровода. Для теплоизолированных сетей главное значение имеет термическое сопротивление изоляционного слоя. В тепловом расчете существует два вида термических сопротивлений – сопротивление поверхности и сопротивление слоя.

Исходными величинами для определения термического сопротивления поверхности являются диаметр трубопровода и коэффициент теплоотдачи с поверхности. Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности теплопровода очень высокие, следовательно, получаются очень малые значения термического сопротивления внутренней поверхности трубопровода, которыми можно пренебречь.

В тепловом расчете большое значение имеют слои с большим термическим сопротивлением. Данные слои – тепловая изоляция, стенка канала и массив грунта. Таким образом, при практических расчетах термическое сопротивление металлической стенки рабочей трубы можно не учитывать.

Тепловое поле при подземной прокладке теплопроводов

Когда трубопровод тепловой сети прокладывают в грунте, он представляет собой определенное термическое сопротивление. В данном случае тепловой поток направлен от теплоносителя к поверхности земли и затем в окружающую среду. На рисунке 3 представлен трубопровод тепловой сети с изоляцией при прокладке в грунте.

Рис.3 . Поперечный разрез теплопровода , проложенного бесканально в грунте

Здесь показаны изотермы, в виде окружностей, “центры которых с уменьшением температуры смещаются вниз от поверхности земли. Линии теплового потока симметричны относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось трубопровода”, они начинаются от поверхности теплопровода , далее выходят из грунта по нормали к нему.[3] Для того, чтобы определить термическое сопротивление грунта используют метод «источника и стока» (принцип наложения температурных полей).

Для нахождения тепловых потерь параллельных трубопроводов при бесканальной прокладке тепловых сетей, используют принцип наложения температурных полей, создаваемых теплопроводами по отдельности.

В массиве неограниченного пространства грунта (объем бесконечной протяженности в направлении всех измерений) действуют сосредоточенные линейные (положительные и отрицательные) источники тепла (см. рис. 4).

Положительные источники тепла обозначены “+Q”, а отрицательные “стоки” тепла – через “−Q”. В сравнении с длиной неограниченного массива, источник и “сток” расположены очень близко по отношению друг к другу. Следовательно расстояние между источником и “стоком” тепла представляет собой линию наименьшего термического сопротивления. Поэтому все тепло, выделяемое источником, полностью поглощается “стоком”.

Рис. 4. Расположение источника и стока тепла:

К – точка наложения изотерм; +Q – положительные источники тепла; −Q – отрицательные “стоки” тепла; Т1′, Т2′, Т3′, Т1”, Т2”, Т3” – изотермы; r1′, r2′, r3′, r1”, r2”, r3” – радиусы окружностей изотерм

Предполагается, что тепло от цилиндрического трубопровода теплосети передается через грунт не в окружающую среду, а забирается отрицательным тепловым источником. Условно полагают, что источники и “стоки” не мешают друг другу при одновременном действии, а результирующее температурное поле получается путем сложения температурных полей, возбуждаемых в теле отдельными источниками и “стоками”.

Настоящая картина температурного поля, расположенного в грунте, при этом не искажается, если отрицательный источник размещен симметрично и окружен точно таким же массивом. Следовательно, температурное поле в грунте становится определенным, если известны температура на поверхности земли и расход тепла цилиндром. Данный расход также может быть рассчитан, если известна температура поверхности массива и еще одна, любая температура в грунте.

Термические сопротивления грунта и тепловые потери при подземной прокладке теплопроводов

Когда в массиве грунта проложены два теплопровода, то соответственно им появляются два стока. Таким образом, температурное поле в грунте получится как результат наложения четырех температурных полей.[5]

В итоге результирующая формула Форхгеймера представлена в виде:

где Rгр — термическое сопротивление грунта, включая внешнее термическое сопротивление от грунта к воздуху, °С/(Вт/м), λгр — теплопроводность грунта, Вт/(мºС); dн— наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м.[4]

Эквивалентная глубина заложения hэк рассчитывается следующим образом:

где h — глубина заложения теплопровода от поверхности земли до его оси, м; α — коэффициент теплоотдачи от поверхности земли к воздуху, Вт/(м°С); — эквивалентная толщина слоя грунта, заменяющего внешнее термическое сопротивление массива, м.[4]

Когда глубина заложения теплопровода значительная, формулу для ее расчета можно упростить:

Теплопотери теплоизолированным трубопроводом при бесканальной прокладке в грунте, отнесенные к 1 м длины трубопровода, Вт/м, рассчитываются как теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку:

где tн — температура наружного воздуха, °С.

Обычно в тепловых расчетах внешнее термическое сопротивление не учитывают, тогда за расчетную температуру берут температуру грунта на глубине заложения трубопровода.

При прокладке от двух и более параллельных трубопроводов тепловых сетей бесканально тепловые потоки отдельных трубопроводов взаимодействуют, а температурные поля складываются. Когда один из трубопроводов имеет более высокую температуру, чем другой, теплопотери второго трубопровода станут меньше, а при большой разнице температур у второго трубопровода может не быть тепловых потерь.

При расчете тепловых потерь для трубопроводов, проложенных бесканально в грунте вводят условное дополнительное термическое сопротивление Rо, чтобы учесть взаимное влияние параллельно расположенных теплопроводов.

Для двухтрубных трубопроводов, проложенных бесканально, данное сопротивление определяется по формуле:

где b — горизонтальное расстояние между осями труб, м.

Тепловые потери двухтрубных трубопроводов при бесканальной прокладке высчитываются по следующим формулам для первого и вто­рого теплопроводов соответственно:

где τ1 и τ1 — температура теплоносителя в первом и втором трубопроводах, ºС;

tн — наружная температура, принимаемая равной естественной температуре грунта на глубине оси теплопровода; R1, R2 — термические сопротивления первого и второго трубопроводов, включающие термическое сопротивление изоляции и грунта, т. е.

Суммарные тепловые потери складываются из тепловых потерь первым и вторым трубопроводами[3]:

На сегодняшний день в соответствии с требованиями нормативных документов для проектирования конструкций тепловой изоляции двухтрубной теплосети при подземной прокладке[7] регламентируется суммарная линейная плотность теплового потока с поверхности изоляции двух трубопроводов. Таким образом определение толщины теплоизоляционной конструкции выполняется методом последовательных приближений, при котором задается толщина теплоизоляционного слоя теплопроводов и определяется суммарная плотность теплового потока с поверхности двух трубопроводов тепловой сети. Затем данные значения сравнивают с нормативными значениями плотности теплового потока, приведенными в таблицах нормативных документов[7]. Толщину тепловой изоляции трубопроводов теплосети принимают одинаковой для подающего и обратного теплопроводов.

При канальной прокладке трубопроводов тепловых сетей для расчета тепловых потерь следует учитывать ряд термических сопротивлений: изоляция Rиз, теплоотдачи от изоляции к воздуху канала, теплоотдачи от воздуха канала к его стенке Rв.к., стенок канала и грунта. Для вычисления тепловых потерь одинарных трубопроводов в канале, надо рассчитать все термические сопротивления. Тепловые потери данного трубопровода рассчитываются по формуле:

При канальной прокладке нескольких трубопроводов тепловых сетей, исходя из учета их взаимного влияния друг на друга, сначала определяется температура воздуха в канале по тепловому балансу, далее — теплопотери каждым теплопроводом, проложенным в канале. В данном тепловом балансе общие теплопотери всеми теплопроводами, проложенными в канале, равны теплопотерям из канала в окружающую среду:

где τi—температура теплоносителя в i-м трубопроводе, °С; n — число трубопроводов;tк — температура воздуха в канале, °С. Из данного уравнения определяют tк и далее рассчитывают теплопотери.[3]

Тепловые потери при воздушной прокладке теплопроводов

При воздушной прокладке тепловые потери изолированным трубопроводом в окружающую среду находят по формуле:

где τв, tн — средняя температура теплоносителя и температура окружающей среды, °С; αв, αн — коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубопровода (внутренний коэффициент) и от наружной поверхности изоляции в окружающую среду (наружный коэффициент), Вт/(м2۟۟°С); dв, dн— внутренний диаметр трубопровода и наружный диаметр изоляционного покрытия, м; λi — теплопроводность

i-го слоя изоляции, Вт/(м۟°С); diв, diн—наружный и внутренний диаметры i-го слоя изоляции, м

В данной формуле все члены знаменателя соответствует определенному термическому сопротивлению. Таким образом, первое и третье слагаемые данного знаменателя, представляют собой термические сопротивления теплоотдачи соответственно от теплоносителя к стенке трубопровода и от наружной поверхности к окружающему воздуху, они вычисляются как:

Термическому сопротивлению i-го слоя изоляции соответствует второе слагаемое знаменателя рассматриваемой формулы:

Термическое сопротивление теплоотдачи от теплоносителя к трубопроводу и термическое сопротивление стенки трубопровода значительно невысокие по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, следовательно данными сопротивлениями можно пренебречь. Термическое сопротивление от наружной поверхности теплоизоляции к воздуху очень мало по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, поэтому для его расчета применяют упрощенную зависимость:

где w скорость движения воздуха, м/с.[4]

Выбор толщины основного слоя теплоизоляционной конструкции

Толщина основного слоя теплоизоляционной конструкции выбирается на основе технико-экономического расчета либо по нормам теплопотерь, если задана конечная температура теплоносителя – в соответствии с перепадом температур.

При нормируемой линейной плотности теплового потока через поверхность изоляции 1 м трубопровода тепловой сети, толщина основного слоя теплоизоляционной конструкции определяется следующим образом:

,

где В=dп/dн – отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру трубы;

R –сопротивление теплопередачи от теплоносителя в окружающую среду 1 м длины теплопровода, (м2۟ °C)/Вт, [6]

Толщина слоя тепловой изоляции, которая обеспечивает заданную температуру на поверхности изоляции, определяется по вышеуказанной формуле, причем В необходимо рассчитывать по следующей зависимости:

Также толщину основного слоя теплоизоляционной конструкции допускается определять по упрощенной формуле:

где λиз – коэффициент теплопроводности основного слоя, Вт/(м °С); ∑R – термическое сопротивление изоляционной конструкции, (м°С)/Вт.

Читайте также:  Расчет тепловой нагрузки на отопление здания

Термическое сопротивление изоляционной конструкции определяется также исходя из нормированной плотности теплового потока qн, ,

где τср – расчетная среднегодовая температура теплоносителя, °С; tо – расчетная температура окружающей среды, °С; qн – нормы потери теплоты, Вт/м.

Заключение

Тепловой расчет помогает определить толщину слоя тепловой изоляции, а также зависит от назначения и условий применения теплоизоляционной конструкции оборудования и трубопроводов. Подбор толщины теплоизоляционного слоя для трубопроводов водяных тепловых сетей производится по формулам стационарной и нестационарной теплопередачи через цилиндрическую стенку применительно для определенных условий. В данных расчетах рассматриваются теплофизические свойства теплоизоляционного материала в зависимости от температуры и влажности, коэффициенты излучения материала наружной поверхности изоляции, свойства деформации и степень уплотнения материала в теплоизоляционной конструкции.

Рецензенты:

Шкаровский А.Л., д.т.н., профессор, профессор кафедры Теплогазоснабжения и вентиляции, СПбГАСУ, г.Санкт-Петербург.

Ласьков Н.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции», ПГУАС, г. Пенза.

Тепловой расчет тепловой сети

Вводится понятие «удельной тепловой потери», то есть потери на 1 м длины трубопровода:

(153)

где Q, L – соответственно потери по всему теплопроводу и длина теплопровода; τ1 – расчетная температура теплоносителя; t – температура окружающей среды.

Падение температуры теплоносителя по длине трубопровода определяется по формуле:

(154)

где Lр – расчетная длина трубопровода, м; β – коэффициент, учитывающий потери через неизолированные части: опоры, арматуру и др., при канальному прокладке равен 1 ,2; G – расход теплоносителя; с – теплоемкость, Кдж/кг∙К.

Эффективность изоляции оценивается коэффициентом изоляции:

(155)

Коэффициент изоляции должен быть не менее 0,85.

Порядок выполнения расчета.

1. Определяют суммарное термическое сопротивление теплопроводов:

– подающего, (156)

– обратного. (157)

Здесь , принимаются как температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах средние за отопительный период, (принимают равными 90 и 50°С соответственно); – температура окружающей среды для бесканальной прокладки и прокладки в непроходных каналах принимается равной 2 или 5 °С как правило. Вообще температура грунта может быть заключена в пределах от 0 до 15 °C; , – нормируемые удельные потери теплоты.

2. Определяются термические сопротивления, составляющие суммарные термические сопротивления:

для подающего теплопровода

для обратного трубопровода (158)

.

Это термическое сопротивление изоляции подающего и обратного трубопроводов , .Они рассчитываются как разность суммарных термических сопротивлений и остальных составляющих термических сопротивлений.

Термическое сопротивление теплопроводности покровного слоя:

, (159)

где λПС – теплопроводность покровного слоя. Покровный слой – это бризол, для которого теплопроводность равна 0,175 Вт/мК; dпс– диаметр покровного слоя, рассчитывается как dи + 2δпе, то есть диаметр наружный +2 толщины изоляции. Толщина изоляции принимается в данном случае предварительно одинаковой для подающего и обратного трубопроводов в диапазоне от 40 до 100 мм или менее в зависимости от Dy (табл. 23). Вид изоляции – минераловатные изделия на синтетическом связующем.

Характеристики теплоизоляционных изделий отечественного производства,

применяемые для изоляции трубопроводов тепловых сетей при подземной

Наименование изделийРазмеры, ммПлотность, кг/м 3Коэффиуциент теплопроводности, Вт/м∙К
Внутренний диаметрТолщина
Полуцилиндры из минеральной ваты на синтетическом связующем57–8940; 50; 60100–2000,07–0,08
Цилиндры полые из минеральной ваты на синтетическом связующем57–27330; 40; 50; 60150–2500,072–0,076
Перлитоцементные сегменты177–45540; 50; 60250–4000,07–0,093
Известково-кремнистые сегменты280–476100–1500,072
Плиты минераловатные на синтетическом связующем500 и 100040–10050–750,077

Термическое сопротивление теплоотдаче с поверхности покровного слоя:

, (160)

где = 9,3 + 0,0465 + 7 – коэффициент теплоотдачи. Здесь tп – температура покровного слоя, равная 25–30 °C, – скорость воздуха в канале, может быть принята равной 0.

Термическое сопротивление теплоотдаче к стенкам канала:

, (161)

где – диаметр канала эквивалентный внутренний.

Определяем как частное площади внутренней и периметра внутреннего. Размеры каналов и расстояние между трубопроводами определяются по справочным данным (табл.24). Каналы для удобства расчетов можно применять прямоугольными.

Минимальные расстояния в свету между трубопроводами и строительными конструкциями в непроходных и полупроходных каналах, мм

Условные диаметр трубопровода Dу, ммОт поверхности изоляции до стен каналаМежду поверхностями изоляцииОт поверхности изоляции до перекрытия каналаОт поверхности изоляции до дна канала
25…8070/15070/100100/150
100…25080/17070/100100/200
300…450100/20080/120100/200
500…700110/200100/120100/200

Примечание: В числители дроби даны расстояния для непроходимых каналов, в знаменателе для полупроходных.

Термическое сопротивление теплопроводности канала:

, (162)

где λК – теплопроводность стенок канала, равная 2,04 Вт/м∙K;

– диаметр канала эквивалентный внешний.

Определяется как частное площади наружной и периметра наружного.

Термическое сопротивление теплопроводности грунта:

(163)

где λГР – термическое сопротивление грунта, которое меняется в зависимости от плотности и влагонасыщенности. Можно принять равным 1,92 Вт/м∙К. Наиболее часто используемые цифры теплопроводности 1,75–2,0 Вт/м–К. Вообще теплопроводность грунта может меняться от 0,87 до 3,4 Вт/м∙К.

3. Определяют термические сопротивления изоляции подающего и обратного теплопроводов:

Примечание. В числителе дроби даны расстояния для непроходных каналов, в знаменателе для полупроходных.

4. Определяют толщину изоляционного слоя для подающего и обратного теплопроводов:

(165)

Для подающего теплопровода , где λИ – теплопроводность изоляции, равная 0,06 Вт/мК. Для обратного теплопровода .

Окончательный диаметр изоляции принимается не менее минимального, который указан в табл. 25.

Если в справочнике не указаны q1, q2, то надо рассчитывать изоляцию через .Для этого определить:

(166)

где сумма термических сопротивлений не включает сопротивление изоляции и

(167)

где в сумму сопротивлений входит сопротивление изоляции.

Термическое сопротивление изоляции определяют по формуле:

(168)

Характеристики теплоизоляционных изделий отечественного производства, применяемых для изоляции трубопроводов тепловых сетей при подземной прокладке представлены в табл. 26

Характеристики теплоизоляционных изделий отечественного производства, применяемы для изоляции трубопроводов тепловых сетей при подземной прокладке

Тепловой расчет тепловых сетей

Основные расчетные зависимости

В задачу теплового расчета входит решение следующих вопросов: определение тепловых потерь теплопровода; расчет температурного поля вокруг теплопровода, т.е определение температур изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта; расчет падения температуры теплоносителя вдоль теплопровода; выбор толщины тепловой изоляции теплопровода.

Количество теплоты от одного погонного метра теплопровода, проходящей в единицу времени через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений, вычисляется, в соответствии с общими представлениями о передаче теплоты через ограждающую стенку, по формуле

где q- удельные тепловые потери теплопровода, Вт/м ; τ- температура теплоносителя, 0 С; t – температура окружающей среды, 0 С; ∑ni=1Ri – суммарное термическое сопротивление цепи теплоноситель – окружающая среда (термическое сопротивление изоляции теплопровода), м•K/Вт.

При тепловом расчете тепловых сетей как правило приходится определять тепловые потоки через слои и поверхности цилиндрической формы. Удельные тепловые потери и термические сопротивления относятся обычно к единице длины теплопровода.

В теплоизолированном трубопроводе, окруженном наружным воздухом, теплота должна пройти минимум через четыре последовательно соединенных сопротивления: (внутреннюю поверхность рабочей трубы, стенку трубы, слой изоляции и наружную поверхность изоляции). Так как суммарное сопротивление равно арифметической сумме последовательно соединенных сопротивлений, то

где Rв,Rтр,Rи,Rн – термические сопротивления внутренней поверхности рабочей трубы, стенки трубы, слоя изоляции и наружной поверхности изоляции, м*К/Вт.

В тепловом расчете встречается два вида термических сопротивлений:

  • сопротивление поверхности (в рассмотренном примере Rв,Rн);
  • сопротивление слоя (в рассмотренном примере Rтр,Rи)

В изолированных теплопроводах основное значение имеет термическое сопротивление слоя тепловой изоляции.

Термическое сопротивление слоя

Выражение для термического сопротивления однородного цилиндрического слоя легко выводится из уравнения Фурье, которое имеет вид R=12∗πλ∗lnd2d1, (3.10)

где λ – коэффициент теплопроводности слоя; где d1,d2 и – внутренний и наружный диаметры слоя.

Для теплового расчета существенное значение имеют только массивные слои с большим термическим сопротивлением. Такими слоями являются тепловая изоляция, стенка канала, массив грунта и т.п. По этим соображениям при тепловом расчете изолированных теплопроводов обычно не учитывается термическое сопротивление относительно тонкой металлической стенки рабочей трубы и ее температура принимается равной температуре теплоносителя.

Многотрубный теплопровод

Если несколько трубопроводов проложены в общем канале, то тепловой поток (тепловые потери) от каждого из них поступают в канал, а затем общий тепловой поток отводится через стенки канала и грунт в окружающую среду. Задача теплового расчета многотрубного теплопровода в канале сводится в первую очередь к нахождению температуры воздуха в канале. Зная температуру воздуха в канале, можно определить теплопотерю каждого трубопровода по общим правилам теплового расчета трубопроводов, окруженных воздухом.

Температура воздуха в канале определяется по уравнению теплового баланса. При установившемся тепловом состоянии количество теплоты, подводимой от трубопроводов к воздушной прослойке канала, равно количеству теплоты, отводимой от воздушной прослойки через стенки канала и массив грунта в окружающую среду.

Предположим, что в подземном канале проложено трубопроводов, термическое сопротивление изоляционной конструкции (слоя и наружной поверхности изоляции) каждого из теплопроводов соответственно равны R1,R2,…,Rn, а температуры теплоносителя в каждом из трубопроводов τ1,τ2,…,τn.

Суммарное термическое сопротивление внутренней поверхности канала, стенок канала и грунта Rк−0=Rп.к+Rк+Rгр.

Температура грунта на глубине заложения оси теплопровода равно t . Уравнение теплового баланса для такой много трубной системы будет иметь следующий вид

(τ1−tк)/R1+(τ2−tк)/R2+…+(τn−tк)/Rn=(tк−t0)/Rк−0, (3.28)

Зная температуру воздуха в канале, легко найти теплопотери каждого трубопровода.

Расчет теплопотерь моноготрубного бесканального теплопровода может быть проведен по методу, разработанному Е.П. Шубиным.

Взаимное влияние соседних труб учитывается условным дополнительным термическим сопротивлением . При двухтрубном теплопроводе условное дополнительное сопротивление (рис. 3.3)

где h – глубина заложение оси теплопровода от поверхности земли; b – расстояние по горизонтали между осями труб.

Потери двухтрубного бесканального теплопровода рассчитываются по следующим формулам:

теплопотери первого трубопровода

теплопотери второго трубопровода

где τ1 и τ2 – температуры теплоносителя в первой и во второй трубах; t0- естественная температура грунта на глубине оси теплопровода; R1- суммарное термическое сопротивление изоляции первой трубы и грунта

; R2 – суммарное термическое сопротивление изоляции второй трубы и грунта

Температурное поле в грунте вокруг однотрубного бесканального теплопровода рассчитывается по формуле

где t – температура любой точки грунта, удаленной на расстояние x от вертикальной плоскости, проходящей через ось теплопровода, и на расстоянии C от поверхности грунта, 0С (см. рис. 3.1); tau −температуратеплоносителя,<>^<0>С;R$- суммарное термическое сопротивление тепловой изоляции и грунта.

Температурное поле в грунте вокруг двухтрубного бесканального теплопровода вычисляется по формуле

где t – температура любой точки грунта, удаленной на расстояние x от вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы с более высокой температурой теплоносителя (в двухтрубных водяных сетях – через ось подающей трубы), и на расстоянии y от поверхности грунта, 0 С (см. рис. 6.3).

Рис.3.3. Схема двухтрубного бесканального трубопровода

Расчет температурного поля в грунте вокруг теплопровода в канале с воздушным зазором может проводится по (3.32). В этом случае под τ следует понимать температуру воздуха в канале, а под R – суммарное термическое сопротивление внутренней поверхности, стенок канала и грунта.

Однотрубный теплопровод

При бесканальной прокладке термическое сопротивление теплопровода представляет собой сумму двух слагаемых – сопротивления слоя изоляции и сопротивления грунта (см. рис. 3.1).

При наличии воздушной прослойки между изолированным трубопроводом и стенкой канала термическое сопротивление теплопровода определяется как сумма последовательно соединенных сопротивлений (см. рис. 3.2)

где Rи,Rн,Rп.к,Rк,Rгр – сопротивление соответственно слоя изоляции, наружной поверхности изоляции, внутренней поверхности канала, стенок канала и грунта.

Рис.3.2. Схема однотрубного теплопровода в канале

Температура воздуха в канале однотрубного теплопровода определяется из уравнения теплового баланса разрешенного относительно – температуры воздуха в канале

Изменение температуры теплоносителя вызывает тем меньшее изменение температуры воздуха в канале, чем больше термическое сопротивление изоляционной конструкции и чем меньше термическое сопротивление канала и грунта.

Последнее изменение этой страницы: 2017-01-20; Нарушение авторского права страницы

Мир инженера

информация для инженеров и проектировщиков

Как выполнить гидравлический расчет водяных тепловых сетей

Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. Необходимым этапом при проектировании систем теплоснабжения предприятий и жилых районов является гидравлический расчет трубопроводов водяных тепловых сетей. Он необходим для решения следующих задач:

  1. Определение внутреннего диаметра трубопровода для каждого участка тепловой сети dВ, мм. По диаметрам трубопровода и по их длинам, зная их материал и способ прокладки можно определять капитальные вложения в тепловые сети.
  2. Определение потерь напора сетевой воды или потерь давления сетевой воды Δh, м; ΔР, МПа. Эти потери являются исходными данными для последовательных вычислений напора сетевых и подпиточных насосов на тепловых сетях.
Читайте также:  Формула расчета расхода газа по мощности котла

Гидравлический расчет тепловых сетей также выполняется для существующих эксплуатирующих тепловых сетей, когда ставится задача вычислить их фактический пропускную способность, т.е. когда есть диаметр, длина и нужно найти расход сетевой воды, которая пройдет через эти сети.

Гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей выполняется для следующих режимов их работы:

А) для расчетного режима работы тепловой сети (max GО; GВ; GГВС);

Б) для летнего режима, когда через трубопровод идет только GГВС

В) для статического режима, на источнике теплоснабжения остановлены сетевые насосы, а работают только подпиточные насосы.

Г) для аварийного режима, когда авария на одном или нескольких участках, диаметр перемычек и резервных трубопроводов.

Если тепловые сети работают для водяной открытой системы теплоснабжения, то еще и определяется:

Д) зимний режим, когда сетевая вода для системы ГВС зданий отбирается из обратного трубопровода тепловой сети.

Е) переходный режим, когда сетевая вода для ГВС зданий отбирается из подающего трубопровода тепловой сети.

При гидравлическом расчете трубопроводов тепловых сетей должны быть известны следующие величины:

  1. Максимальная нагрузка на отопление и вентиляцию и среднечасовая на ГВС: max QО, max QВЕНТ, QСР ГВС .
  2. Температурный график системы теплоснабжения.
  3. Температурный график сетевой воды, температура сетевой воды в точке излома τ01 НИ , τ02 НИ .
  4. Геометрическая длина каждого участка тепловых сетей: L1, L2, L3…… LN.
  5. Состояние внутренней поверхности трубопровода на каждом участке тепловой сети (величина отложений коррозии и накипи). kЭ – эквивалентная шероховатость трубопровода.
  6. Количество, тип и расстановка местных сопротивлений, которые имеются на каждом участке тепловой сети (все задвижки, клапаны, повороты, тройники, компенсаторы).
  7. Физические свойства воды рВ, ИВ.

Как выполняется гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей будет рассмотрено на примере радиальной тепловой сети, обслуживающей 3-х потребителей теплоты.

Принципиальная схема радиальной тепловой сети, транспортирующей тепловую энергию для 3-х потребителей теплоты

1 – потребители теплоты (жилые районы)

2 – участки тепловой сети

3 – источник теплоснабжения

Гидравлический расчет проектируемых тепловых сетей выполняется в следующей последовательности:

  1. По принципиальной схеме тепловых сетей определяется потребитель, который наиболее удален от источника теплоснабжения. Тепловая сеть, проложенная от источника теплоснабжения до наиболее удаленного потребителя, называется головной магистралью (главная магистраль), на рисунке L1 + L2 + L3. Участки 1,1 и 2.1 – ответвления от головной магистрали (ответвление).
  2. Намечается расчетное направление движения сетевой воды от источника теплоснабжения до наиболее удаленного потребителя.
  3. Расчетное направление движения сетевой воды разбивается на отдельные участки, на каждом из которых внутренний диаметр трубопровода и расход сетевой воды должны оставаться постоянными.
  4. Определяется расчетный расход сетевой воды на участках тепловой сети, к которым присоединены потребители (2.1; 3; 3.1):

GО Р = QО Р / СВ*(τ01 Р – τ02 Р ) – максимальный расход на отопление

k3 – коэффициент, учитывающий долю расхода сетевой вода подаваемый на ГВС

GВ Р = QВ Р / СВ*(τ01 Р – τВ2 Р ) – максимальный расход на вентиляцию

GГ СР = QГВ СР / СВ*(τ01 НИ – τГ2 НИ ) – средний расход на ГВС

k3 = f (вид системы теплоснабжения, тепловая нагрузка потребителя).

Значения k3 в зависимости от вида системы теплоснабжения и тепловых нагрузок присоединения потребителей теплоты

Вид системы теплоснабженияk3
Открытая система
100 МВт и более0,6
Менее 100 МВт0,8
Закрытая система
100 МВт и более1,0
Менее 100 МВт1,2
  1. По справочным данным определяются физические свойства сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети:
  1. Определяются среднее значения плотности сетевой воды и ее скорость:
  1. Выполняется гидравлический расчет трубопроводов каждого участка тепловых сетей.

7.1. Задаются скоростью движения сетевой воды в трубопроводе: VВ = 0,5-3 м/с. Нижний предел VВ обусловлен тем, что при более низких скоростях увеличивается осаждения взвешенных частиц на стенках трубопровода, а также при более низких скоростях циркуляция воды прекращается и трубопровод может замерзнуть.

VВ = 0,5-3 м/с. – большее значение скорости в трубопроводе обусловлено тем фактором, что при увеличении скорости больше 3,5 м/с в трубопроводе может возникать гидравлический удар (например, при резком закрытии задвижек, или при повороте трубопровода на участке тепловой сети).

7.2. Вычисляется внутренний диаметр трубопровода:

7.3. По справочным данным принимаются ближайшие значения внутреннего диаметра, которые соответствуют ГОСТу dВ ГОСТ , мм.

7.4. Уточняется фактическая скорость движения воды в трубопроводе:

7.5. Определяется режим и зона течения сетевой воды в трубопроводе, для этого рассчитывается безразмерный параметр (критерий Рейнольдса)

7.6. Вычисляется ReПР I и ReПР II .

Для различных типов трубопроводов и различных степеней износа трубопровода kЭ лежит в пределах [0,01; 2]. 0,01 – если трубопровод новый. Когда неизвестен тип трубопровода и степень их износа согласно СНиП ”Тепловые сети” 41-02-2003. Значение kЭ рекомендуется выбирать равным 0,5 мм.

7.7. Рассчитывается коэффициент гидравлического трения в трубопроводе:

— если критерий Re I ], то используется формула Блазиуса:

Эти две формулы необходимо применять при ламинарном течении воды.

— если критерий Рейнольдса лежит в пределах (ReПР I II ), то используется формула Альтшуля.

Эта формула применяется при переходном движении сетевой воды.

— если Re > ReПР II , то используется формула Шифринсона:

7.8. Далее выполняется расчет гидравлических потерь в трубопроводе. Определяются потери напора на трение по длине трубопровода или потери давления по длине трубопровода:

RЛ – удельное линейное падение давления

7.9. Рассчитываются потери напора или потери давления в местных сопротивлениях на участке трубопровода:

Σ£М.С. – сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на трубопроводе. Для каждого вида местных сопротивлений £М.С. принимается по справочным данным.

7.10. Определяются полные потери напора или полные потери давления на участке трубопровода:

По этой методике проводятся расчеты для каждого участка тепловой сети и все значения сводятся в таблицу.

Основные результаты гидравлического расчета трубопроводов участков водяной тепловой сети

участкаХарактеристика участкаРезультаты расчета участкаGСУМ ,

(кг/с)L,

(м)Σ£М.С.dВ ГОСТ ,

(м)dВ ГОСТ ,

(м)VВ Ф ,

(м/с)ΔhМ.С.,

(м)Головная магистраль1-2Ответвление от головной магистрали1А-поз.1

Для ориентировочных расчетов участков водяных тепловых сетей при определении RЛ, ΔрТР, ΔрМ.С. допускается использовать следующие выражения:

AR = 0,0894*KЭ 0,25 – эмпирический коэффициент, который используется для ориентировочного гидравлического расчета в водяных тепловых сетях

Эти коэффициенты выведены Соколовым Е.Я. и приведены в учебнике ”Теплофикация и тепловые сети”.

С учетом этих эмпирических коэффициентов потери напора и давления определяются как:

Так же с учетом AR и AR В ; ΔрМ.С. и ΔhМ.С. запишутся так:

Особенность эквивалентной длины заключается в том, что потери напора местных сопротивлений представляют как падение напора на прямолинейном участке с тем же внутренним диаметром и эта длина называется эквивалентной.

Полные потери давления и напора рассчитываются как:

аМ.С. – коэффициент местных потерь на участке водяной тепловой сети.

При отсутствии точных данных о количестве, типе и расстановке местных сопротивлений, значение аМ.С. можно принимать от 0,3 до 0,5.

Надеюсь, теперь всем стало понятно, как правильно выполнить гидравлический расчет трубопроводов и Вы сами сможете выполнить гидравлический расчет тепловых сетей. Расскажите в комментариях как считаете, может вы считаете гидравлический расчет трубопроводов в excel или же же для гидравлического расчет трубопроводов используете онлайн калькулятор или используете номограмму для гидравлического расчета трубопроводов?

Как определить фактические тепловые потери в тепловых сетях

Как рассчитать фактические тепловые потери в тепловых сетях

Главная цель данной задачи – определить реальные тепловые потери в тепловых сетях и сравнить их с нормативными значениями

В зависимости от полученного результата, обосновать необходимость (или отсутствие необходимости) проведения работ по модернизации тепловой сети с заменой трубопроводов и теплоизоляции.

В данном примере, определить тепловые потери в тепловых сетях было необходимо для государственной организации ФГУП ВНИИФТРИ, расположенной в Московской области, Солнечногорский район, городской поселок Менделеево.

В обследование включены наружный осмотр, замер температуры, тепловизионное обследование и расчет тепловых потерь в тепловых сетях Ду 400 мм, Ду 250 мм, Ду 200 мм, Ду 150мм.

Содержание

Краткое описание тепловой сети

Для покрытия тепловых нагрузок используется производственно-отопительная котельная, основным топливом которой является природный газ.

  • пар на технологические нужды – круглогодично
  • горячую воду на нужды отопления – в течении отопительного сезона и
  • горячее водоснабжение – круглогодично.
  • Проектом предусмотрена работа тепловой сети по температурному графику 98/60 град. С.

Схема подключения системы отопления – зависимая.

Тепловые сети, обеспечивающие передачу тепловой энергии на нужды отопления всего поселка и горячего водоснабжения правобережной его части, смонтированы в надземном и подземном исполнении.

Тепловая сеть разветвлённая, тупиковая.

Год ввода в эксплуатацию тепловых сетей – 1958. Строительство продолжалось до 2007 года.

  • матами из стекловаты толщиной 50 мм, с покровным слоем из рулонного материала,
  • экструдированного пенополистирола типа ТЕРМОПЛЭКС толщиной 40 мм, с покрывным слоем из оцинкованного листа и вспененного полиэтилена толщиной 50 мм.

За время эксплуатации часть участков тепловой сети подвергались ремонту с заменой трубопроводов и тепловой изоляции.

Определяем фактические тепловые потери в тепловых сетях

Мы исходим из того, что тепловые потери в тепловых сетях не зависят от скорости движения воды в трубопроводе, а зависят от

  • диаметра трубы,
  • температуры теплоносителя,
  • материала теплоизоляции и
  • состояния теплоизоляция.

Стационарная теплопроводность цилиндрической стенки – описание методики расчета

Под цилиндрической стенкой понимают трубу бесконечной длины с внутренним радиусом R1 (диаметром D1) и внешним радиусом R2 (диаметром D2).

На поверхностях стенки заданы постоянные температуры t1 и t2. Перенос теплоты осуществляется только теплопроводностью, внешние поверхности изотермические (эквипотенциальные) и температурное поле изменяется только по толщине стенки трубы в направлении радиуса.

Тепловой поток, проходящий через цилиндрическую стенку единичной длины, обозначается ql и называется линейным тепловым потоком, Вт/м:

где λ – коэффициент теплопроводности исследуемого материала, Вт/(м∙К);

D1, D2 – соответственно внутренний и внешний диаметры цилиндрического слоя материала;

t1, t2 – средние температуры внутренней и внешней поверхности цилиндрического слоя материала.

Тепловой поток, Вт:

где l – длина трубы, м.

Рассмотрим теплопроводность многослойной цилиндрической стенки, состоящей из n однородных и концентричных цилиндрических слоев с постоянным коэффициентом теплопроводности и в каждом слое, температура и диаметр внутренней поверхности первого слоя равны t1 и R1, на наружной поверхности последнего n–ого слоя – tn+1 и Rn+1.

Линейный тепловой поток цилиндрической стенки ql – величина постоянная для всех слоев и направлен в сторону понижения температуры, например, от внутреннего слоя к наружному.

Записывая величину ql для каждого произвольного i–того слоя и преобразуя это уравнение, имеем

Так как теплосеть имеет три разных вида изоляции проводим расчет тепловых потерь трубопроводов для каждого вида отдельно, а также случай без изоляции трубопровода для оценки тепловых потерь на поврежденных участках теплосети.

Далее мы провели расчет тепловых потерь в тепловых сетях с разными видами теплоизоляции.

В примере, который следует, расчет тепловых потерь в тепловой сети с теплоизоляцией из вспененного полиэтилена.

Расчет потерь тепловой энергии в тепловых сетях с теплоизоляцией из вспененного полиэтилена

В примере приведены расчеты по трем участкам.

Читайте также:  Гидравлический расчет системы отопления
Номер участкаПротя-женность участка, мНазначение трубопроводаНаружный диаметр водоводов, ммТолщина стенки, ммКоеэф. Тепло-проводности стали, Вт/м*градусТолщина изоляции, мм
141,2от42695550
41,2от42695550
41,2гв10845550
2152от42695550
152от42695550
3274,3от42695550
274,3от42695550
Номер участкаКоеэф. Тепло-проводности изоляции, Вт/м*градусТемпература теплоносителя, °СТемпература на поверхности заизолированной трубы, °СУдельные теплопотери на 1 м, ВтОбщие теплопотери, Вт
10,0568683,13 425
0,0553663,02 596
0,0573628,91 191
20,0568683,112 634
0,0553663,09 578
30,0568683,122 800
0,0553663,017 284

Всего теплосеть состоит из 56 участков.

По итогам расчетов, общие тепловые потери в тепловых сетях с изоляцией из вспененного полиэтилена составляют 864 687 Вт, из термоплэкса 730 602 Вт, из стекловаты 864 687 Вт.

Суммарные тепловые потери в тепловых сетях

В результате обследования тепловой сети установлено, что

  • 60 % трубопроводов тепловых сетей заизолировано стекловатой с 70 % износом,
  • 30 % экструдированным пенополистиролом типа ТЕРМОПЛЭКС и
  • 10 % вспененным полиэтиленом.
ТеплоизоляцияОбщие потери тепловой энергии в тепловых сетях с учетом процента покрытия и износа, кВтРасчет тепловых потерь в тепловых сетях с учетом процента покрытия и износа, Гкал/час
Стекловата803,5890,69092
ТЕРМОПЛЭКС219,1800,18845
Вспененный полиэтилен86,4680,07434
Всего:1109,2380,95372

Расчет износа трубопровода

Средний возраст трубопроводов тепловой сети составляет 36,5 лет.

При обследовании в натуре было установлено, что остаточный срок службы для него принимается в 15 лет, в то время как нормативный срок службы составляет 25 лет. Износ трубопровода определяется следующим образом:

36,5/(36,5+20) х (100- 15) = 54,9115%

Результаты обследования и расчета потерь тепла в тепловой сети

Общие тепловые потери в тепловых сетях с учетом процента покрытия и износа составляют 0,95372 Гкал/час.

По результатам обследования установлено что теплотрасса имеет средний износ 54,91%.

При наружном обследование установлены участки с износом или повреждениями тепловой изоляции, что подтверждается результатами тепловизионного обследования трубопроводов.

Вывод по результатам замеров и расчетам

Согласно полученных данных в ходе измерений и анализа трубопроводы системы теплоснабжения находятся в удовлетворительном техническом состоянии и пригодны для дальнейшей эксплуатации.

В дальнейшим требуется провести работы по восстановлению участков с нарушенной тепловой изоляцией.

Тепловизионное обследование тепловой сети

Расчет тепловых потерь в тепловых сетях был дополнен тепловизионным обследованием.

Тепловизионное обследование тепловой сети помогает обнаружить локальные дефекты трубопроводов и теплоизоляции для последующего ремонта или замены.

Повреждена теплоизоляция трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 59,3 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 54,5 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 56,2 °C

Повреждена теплоизоляция трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 66,3 °C

Открытые участки трубопроводов без изоляции.

Открытые участки трубопроводов без изоляции.

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем.

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 62,5 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 63,2 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 63,8 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 66,5 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 63,5 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 69,5 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 62,2 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 52,0 °C

Открытые участки трубопроводов без изоляции. Максимальная температура на открытых участках составляла 62,4 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем под воздействием окружающей среды.

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем под воздействием окружающей среды.

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 67,6 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем. Максимальная температура на открытых участках составляла 58,8 °C

Частичное разрушение теплоизоляции трубопроводов с теплоносителем под воздействием окружающей среды.

Тепловизионное обследование тепловой сети

Участки объекта без дефектов, аномалий и тепловых потерь

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Трубопроводы полностью заизолированы, тепловые потери соответствуют нормативным потерям.

Тепловизионное обследование от 15 000 руб.

Приборы и средства контроля

Контроль качества теплоизоляции конструкций выполнен с использованием термографа (тепловизора) «testo 871».

При теплотехническом обследовании дополнительно использовали следующую аппаратуру:

  • термогигрометр Testo 622,
  • измеритель плотности теплового потока и температуры ИТП-МГ4.03 «ПОТОК»,
  • термоанемометр Testo 405.

Гидравлический и тепловой расчет сети

При проектировании тепловых сетей решаются следующие вопросы:

• рациональной трассировки с учетом размещения источников и потребителей теплоты;

• гидравлического и теплового расчета с учетом расчетных
тепловых нагрузок и расходов воды в тепловой сети;

• выбора метода и типа прокладки тепловых сетей.

Для разработки схемы теплоснабжения необходимо подгото­вить план города с указанием источников теплоты, нумерацией кварталов и условным обозначением перспективных максимально-часовых расходов теплоты потребителями района. Источник тепла должен размешаться по возможности в промышленной зоне или за городской чертой с учетом господствующих ветров. Вместе с тем источник тепла должен быть расположен как можно ближе к цен­тру тепловых нагрузок. В этом случае радиус действия тепловых сетей будет кратчайшим, а расходы на транспортировку будут ми­нимальными.

Тепловые сети, соединяющие источник теплоты с потребите­лями, подразделяются следующим образом:

магистральные – главные теплопроводы от источника теп­
лоты до каждого микрорайона или крупного потребителя;

распределительные – межквартальные, ответвляющиеся от
магистральных тепловых сетей и обеспечивающие теплотой от­
дельные кварталы города, ЦТП и предприятия средней величины;

внутрикварталъные — тепловые сети, отходящие от распре­-
делительных или магистральных сетей, ЦТП и заканчивающихся в
индивидуальных тепловых пунктах (ИТГТ) потребителей.

При выборе трассы тепловых сетей следует учитывать ряд технико-экономических рекомендаций:

• прокладка тепловых сетей должна совмещаться с другими
инженерными сетями города;

• трассы магистральных сетей должны быть максимально ко-­
роткими и проходить вблизи центров тепловых нагрузок;

• тепловые сети должны быть дешевыми в сооружении и на-­
дежными в эксплуатации, а их прокладка и архитектурное оформ­
ление должны отвечать требованиям ремонтопригодности, безо­
пасности движения и эстетического восприятия.

После разработки тепловой карты города составляется схема гидравлического расчета тепловой сети (рис. 6.3), на которой в про­извольном масштабе изображаются источник теплоты, трассы маги­стральных, распределительных и внутриквартальных сетей. Все рас-

четные участки тепловой сети нумеруют в направлении от источника к потребителям. Расчетным считается участок трубопровода между двумя смежными ответвлениями. Далее на схему наносят в виде флажков значения тепловых нагрузок (Q, Гкал/ч), расхода (С, т/ч) и скорости (К м/с) теплоносителя, а также длину расчетного участка (/, м) и удельные потери давления в трубопроводе (АИ, ГТа/м).

Рис. 6.3. Расчетная схема тепловой сети:

A, В, С – микрорайоны города; 1 и 2 – узлы теплосети

Количество циркулирующего теплоносителя определяется по формуле

где ∆t – расчетная разность температур, которая принимается в зависимости от принятого температурного графика отпуска тепло­ты и вида подключенной нагрузки. Так, например, при графике 15О/70°С расчетная разность температур для отопительной нагруз­ки ∆t = 150 – 70 = 80°С, вентиляции ∆tB = 80°С, горячего водо­снабжения при закрытой независимой схеме ∆tГB= 65 – 25 = 40°С. В задачу гидравлического расчета тепловых сетей входит:

• определение диаметров трубопроводов, потерь давления и
конечных параметров теплоносителя в различных точках сети при
заданных расходах и начальных параметрах теплоносителя;

• определение пропускной способности трубопроводов, паде-­
ния давления в сети при известном диаметре трубопроводов и за­-
данной потере давления.

Гидравлический расчет радиальных тупиковых сетей выпол­няется при помощи номограмм и таблиц, а сложных и кольцевых -на ЭВМ по специальным программам. Критерием для определения оптимального диаметра тепловых сетей являются удельные потери давления и скорость движения воды в трубопроводах.

Полное гидравлическое сопротивление тепловых сетей состо­ит из суммы линейных и местных потерь давления:

где ∆Нтр , ∆Нм – потери давления на трение и в местных сопротив­лениях.

Удельные потери давления (∆h) определяют по формуле

где λ- коэффициент сопротивления трения;

V- скорость теплоносителя, м/с;

D – внутренний диаметр трубы, м;

G- суммарный расход теплоносителя на расчетном участке;

γ – удельная плотность теплоносителя кг/м 3 .

Приведенная длина трубопровода

где lэ – эквивалентная длина местных сопротивлений,

где ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

α – поправочный коэффициент на длину трубопровода для учета местных сопротивлений.

Скорость движения теплоносителя определяется по формуле

Гидравлический расчет выполняется в следующей последова­тельности:

• выбирается основная расчетная магистраль до наиболее
удаленного потребителя;

• принимаются удельные потери давления на трение для ма­-
гистральных сетей ∆h 2 -м);

• по таблицам (номограммам) для гидравлическою расчета
определяются диаметры трубопроводов и уточняются действитель-­
ные удельные потери давления на трение и скорость по участкам
основной расчетной магистрали, которая не должна превышать V =
= 2,5. 3 м/с.

Результаты гидравлического расчета представляются в таб­личной форме, на расчетной схеме и в виде пьезометрического гра­фика (рис. 6.4). Они являются исходной базой для:

• определения объема работ и капитальных вложений в теп­-
ловые сети;

• выяснения условий и режимов эксплуатации тепловых сетей;

• установления характеристик и выбора сетевых и подпиточ-
ных насосов;

• определения схем подключения индивидуальных тепловых
пунктов потребителей.

Тепловой расчет выполняется с целью определения тепловых потерь, падения температуры теплоносителя и выбора конструкции тепловой изоляции теплопровода. При расчете потерь теплоты не­обходимо учитывать: способ прокладки, глубину заложения, тем­пературу и свойства грунта, расстояние между трубопроводами, температуру теплоносителя.

Рис. 6.4. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети:

А – полный напор в подающей магистрали; Б – полный напор в обратной магистрали: В – полный статический напор; Нс – напор, создаваемый насосной станцией: ЛИ – дросселируемый напор; Нн – напор насосов у абонентов; 7.- отметка местности и рекомендуемые схемы присоединения систем отопления

зданий: зависимые I – с элеватором; II – с элеватором и клапаном подпора; III – с элеватором и насосом на обратной линии; IV – со смесительным насосом;

независимые V – без и VI – с насосом; 1 – элеватор; 2 – задвижка: 3 – клапан подпора: 4 – насос: 5 – подогрепатель

Удельные потери теплоты можно определить по формуле

где к – коэффициент теплопередачи – определяется по выражению

где Rиз, Rтр, Rоб, Rмт – термическое сопротивление соответст­венно изоляции, трубы, оболочки, грунта и взаимного теплообмена.

Термическое сопротивление отдельных элементов тепловой сети определяются следующим образом:

• взаимного теплообмена труб

где D1 и D – внутренний и внешний диаметры оболочки, м;

d1 и d- внутренний и внешний диаметры трубы, м;

λиз, λтр, λоб, λмт теплопроводность материалов изоляции, труб, оболочки и грунта, Вт/(м°С);

z – глубина укладки труб по осевой линии, м;

С-расстояние между осевыми линиями двух смежных труб, м.

Для ускорения расчетов в специально разработанных спра­вочных таблицах приводятся значения коэффициента теплопереда­чи или удельных тепловых потерь. Тогда суммарные потери тепло­ты определяются следующим образом:

где кип коэффициент учитывающий местные теплопотери;

li – длина i-го участка тепловой сети, м;

qi – удельные тепловые потери на i-м участке теплопровода,

Добавить комментарий